(57)【要約】  【課題】光電変換効率の向上に寄与する構造の色素増感太陽電池を提供すること。  【解決手段】本発明は、光電気変換層を有する第１の電極と、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極との間に充填された電解質とを有する色素増感太陽電池において、前記第１の電極を、前記第２の電極と対向する方向に重ねて配置された複数の第１電極層で構成している。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電気変換層を有する第１の電極と、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、少なくとも前記第１及び第２の電極の間に充填された電解質とを有する色素増感太陽電池において、
前記第１の電極は、前記第２の電極と対向する方向に重ねて配置された複数の第１電極層を有することを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記複数の第１電極層の少なくとも１つは、複数の金属細線を平行に配列してなる金属細線群を有することを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記複数の第１電極層の少なくとも１つは、金属細線を網目状に成形してなる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記複数の第１電極層は、各々同一形状をなし、平面的にずらして配置される構成であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記光電気変換層は、前記複数の第１電極層毎に異なる波長の光を吸収する構成であることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
透光性を有する基板が前記第１の電極側に配置され、
前記第２の電極は、前記第１の電極に対して前記基板と反対側に配置されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、透光性を有する２枚の基板の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
前記複数の第１電極層の各々は、複数の金属細線を平行に配列してなる金属細線群であり、
前記第２の電極は、前記第１電極層を構成する金属細線群と平行に配置された複数の金属細線群からなることを特徴とする請求項７に記載の色素増感太陽電池。
【請求項９】
前記複数の第１電極層の各々は、複数の金属細線を平行に配列してなる金属細線群であり、
前記第２の電極は、前記第１電極層を構成する金属細線群と平面的に直交する複数の金属細線群からなることを特徴とする請求項７に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１０】
前記第２の電極を構成する複数の金属細線群は、２つの前記第１電極層の間に配置されることを特徴とする請求項８又は９に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１１】
前記複数の第１電極層の各々は、金属細線を網目状に成形してなり、
前記第２の電極は、金属細線を網目状に成形してなることを特徴とする請求項７に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１２】
前記第２の電極を構成する複数の金属細線群は、２つの前記第１電極層の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１３】
前記複数の第１電極層の各々を成す前記金属細線はチタン金属細線であり、
前記第２の電極を成す前記金属細線は、白金によって覆われた銅線であることを特徴とする請求項１１記載の色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色素増感太陽電池に関する。特に、色素増感太陽電池の電極構造を主としたセル構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球全体に降り注ぐ太陽光エネルギーは、全世界が消費する電力の10万倍とも言われる。我々は特別な工業活動を行わなくても、既に膨大なエネルギー資源に囲まれているのである。太陽電池は、この資源（太陽光）を、人類が利用し易い電気エネルギーに変換する為の装置で、50年の歴史がある。
【０００３】
現在生産されている太陽電池の90％以上はシリコン（Si）系太陽電池である。シリコン系太陽電池は、単結晶Si、多結晶Si、アモルファスSiの形態に分類される。これらは変換効率、コスト、加工性能が異なり、搭載製品、用途、設置場所等に応じて選択されている。Si系太陽電池の中では、単結晶Si太陽電池の変換効率が最も高く、実用レベルで２０％に達する製品も製造されている。また、人工衛星用向け等の特殊用途においては、超高変換効率や優れた耐放射線劣化特性を有する化合物半導体が用いられる場合もある。
【０００４】
ところで、太陽電池をはじめとした再生可能エネルギーは、環境負荷がほとんどない理想的なエネルギー資源と言われているが、これまでのところ、普及はあまり進んでいない状況にある。大きな理由の１つは、発電コストが高いことにある。このような状況下にて市場をより活性化させ、自然と調和するエネルギー供給システム（社会）を実現していく為には、発電の低コスト化が必要である。そして、これには技術面での進歩が必須で、具体的には２方向からのアプローチがある。
【０００５】
第１は、太陽電池自体の高効率化を実現していくことにある。仮に、同じ製造コストでも発電効率が倍になれば、製品コストは半分になったことと同等である。第2は、材料、製造方法、あるいは構造自体を改良して、製品単価を下げる方法である。現在、主流のSi系太陽電池は、高純度のSi材料を必要とすること以外に、その製造工程にて高温/高真空が必要であることや、大面積基板へのSi材料の生成/加工においては、生産設備の巨大化等に伴い、製造コストを効果的に下げられない状況にある。この為Si系とは別の材料を用いて材料コストを下げ、さらには高温工程や真空工程も極力除外することにより、製造過程でのエネルギー消費も抑え、結果的にトータルコストを大幅に抑えた太陽電池も各種提案されている。この代表が湿式の色素増感型（グレッツェルセル）太陽電池と、乾式の有機薄膜太陽電池である。
【０００６】
色素増感型太陽電池は、構造が簡単で、構成材料としても資源的に豊富な材料を選択することができる。さらに製造工程でのエネルギー消費量が少ない点や、大掛かりな設備も不要な為、発電コストが現在主流のSi系太陽電池に比較して１／５以下に抑えられるとも試算されている。
【０００７】
以下、一般的な色素増感太陽電池の製造方法について説明する。まず、表面にＦＴＯもしくはＩＴＯの導電性膜をコーティングしたガラス基板を準備する。次に、スクリーン印刷法、もしくは塗布法にて、ＴｉＯ２の微粒子を含んだペースト材を塗布する。
【０００８】
次に、アニール処理にて、このチタニアペースト材を焼結する。これによりペーストの溶剤である有機物が飛散して、かつチタニアの微粒子がネッキングして、電子の拡散路を形成する。
【０００９】
次に、Ｒｕ金属錯体（代表例：Ｎ７１９）を含んだアルコール溶液中に、この焼成処理を行った基板を半日程度浸漬して、この多孔質構造のＴｉＯ２表面にＲｕ金属錯体色素を吸着させる。さらに、エタノールで洗浄した後、暗所にて乾燥させる。
【００１０】
次に、対極としてピンホールが形成されたガラス基板上に導電性膜と薄いＰｔをスパッタし、この対極と上記ＴｉＯ２極板の周辺にハイミランフィルム（三井・ヂュポンケミカル）を形成した後、両極を接着する。
【００１１】
次に、上述のピンホールからヨウ素を含む電解溶液を注入して、両極間の隙間を電解溶液にて充填した後、ピンホールを塞ぐ。
【００１２】
その後、チタニア極へはマイナス電極配線を結線し、対極側からはプラス極配線を結線することにより平板状の色素太陽電池を構成する。
【００１３】
この太陽電池では、チタニアを形成した側から光を入射させ、チタニア表面に吸着した色素が光を吸収して、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらにこの電子は、ガラス上の導電性膜を流れて外部負荷を稼動させた後、陽極側に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００１４】
以上、述べた製造方法とメカニズムにより、安価で高効率の太陽電池が製造できるようになった。常圧、低温、豊富な資源を使用できるため、シリコン太陽電池に比較して、極めて安価な太陽電池を製造することが可能となっている。
【００１５】
しかしながら、現状での光電変換効率は、トップデータでも１２％程度で、さらに実用化レベルの大面積セルとなると、その変換効率が半分以下になるなどの問題を抱えている。この効率低下の主原因は、ガラス基板上の透明導電性膜の内部抵抗に起因したエネルギー損失である。即ち、透明性を阻害せず、十分に抵抗の低い導電膜を形成することが難しいのである。
【００１６】
また、より安価で、薄膜、軽量化、さらには色素の選択によるカラフル化等の特長も備えているフィルム化型色素太陽電池も注目されているが、このフィルム型では、特に透明導電性膜のシート抵抗（１０〜２０Ω/□）が、ガラス基板上よりも高くなってしまう状況にある。その結果、大面積化への効率低下がより顕著となる。
【００１７】
このように、色素増感太陽電池を実用化する為には、大面積化に伴う内部抵抗の増加を抑えることが重要な課題である。バスバー電極やフィンガー電極等を適用すれば、ある程度の効率改善は可能だが、それでも２〜３割の効率低下が発生し、さらに高コスト化や開口率低下に伴う変換効率への影響が生じ、低コスト太陽電池としての特長を阻害してしまう。
【００１８】
そこで、透明導電性膜を厚膜化する方策が考えられるが、この場合、光透過率の低下や、ストレスによるクラック発生等の問題が発生し、抜本的な解決法としては難がある。
【００１９】
また、セル内部をストライプ状等の形状に分割し、その直近まで、金属パターンを形成する等の方法が取られているが、この方法では、コストが高くなることに加えて、光電気変換に寄与する実行面積（開口率）が低下してしまうなどの問題がある。
【００２０】
さらに、プラスチック型色素増感太陽電池では、チタニアの焼結温度をガラス基板程上げられないため、チタニア粒子間のネッキングが不十分となり、内部抵抗を増大させることになる。
【００２１】
ここで、特許文献１に示された発明においては、半導体層によって覆われた金属線状体又は金属網状体（タングステン等）を、色素増感型太陽電池の電極として用いている。
【００２２】
また、特許文献２及び３には、色素増感型太陽電池の多孔性半導体層に異なる色素を吸着させ、光吸収波長領域が広い太陽電池を供給することが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献２】特開２００３−２４９２７４号公報
【特許文献３】特開２０００−１００４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
現在、色素増感太陽電池においては変換効率の向上のために種々の工夫が成されているが、変換効率の更なる向上が期待されている。従って、本発明の目的は、光電変換効率の向上に寄与する構造の色素増感太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明は、光電気変換層を有する第１の電極と、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、少なくとも前記第１の電極と前記第２の電極との間に充填された電解質とを有する色素増感太陽電池において、前記第１の電極を、前記第２の電極と対向する方向に重ねて配置された複数の第１電極層で構成している。
【発明の効果】
【００２５】
以上のような本発明によれば、１つの第１電極層で吸収できなかった光を下層の第１電極層で吸収することが可能となり、光電変換効率（光吸収効率）が向上するという効果がある。すなわち、１段目の（アノード）電極を透過した光も効果的に光電変換させることができ、単位面積当りの変換効率が改善できる。通常、光電変換効率を向上させるために、色素が吸着した多孔質チタニアの光電気変換層を厚膜化するとクラックが発生し易いが、本発明においては三次元的に実効的な多孔質チタニア膜（光電変換層）を積層しているため、クラックの発生を伴うことなく、光電変換効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る色素増感太陽電池１００の構造を示す断面説明図である。図２は、第１実施例に係る色素増感太陽電池１００のアノード電極の配置を示す説明図であり、図１の側方から観察した様子を示す。図３は、第１実施例に係る色素増感太陽電池１００の構造を示す内部平面図であり、上部の透明基板（１１６）を除去した状態を示す。
【００２７】
第１実施例に係る色素増感太陽電池１００は、複数の第１アノード金属細線１１０ａと、当該第１アノード電極細線１１０ａの外周に形成された光電変換層としての多孔質チタニア膜１１２ａとを含む第１アノード電極層（１１０ａ，１１２ａ）と；複数の第２アノード金属細線１１０ｂと、当該第２のアノード電極細線群１１０ｂの外周に形成された多孔質チタニア膜１１２ｂとを含む第２アノード電極層（１１０ｂ，１１２ｂ）と；第２のアノード電極層側（下側）に配置されるカソード電極板１１４と；少なくとも第１及び第２のアノード電極層とカソード電極板１１４との間に充填された電解液（ヨウ素）１１８と；アノード電極層に対してカソード電極板１１４の逆側（上側＝光入射側）に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）１１６と；カソード電極板１１４，透明基板１１６と共に電解質１１８を封止する封止材料１２０とを備えている。
【００２８】
図１及び図２に示すように、第１のアノード電極層（１１０ａ，１１２ａ）と、第２のアノード電極層（１１０ｂ，１１２ｂ）とは、光の入射方向又はカソード電極１１４に対する方向に２段に重なった状態で配置されている。なお、第１及び第２のアノード電極層を構成する金属細線の本数は特に限定されない。また、アノード電極層の積層数も２層に限らず、必要に応じて３層以上とすることもできる。
【００２９】
次に、上記色素増感太陽電池１００の製造方法について説明する。まず、直径１００μｍ程度の金属細線上に１０〜３０ｎｍ程度のＴｉＯ２の微粒子を含んだペースト材を塗布する。金属細線１１０ａ，１１０ｂとしては、タングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコーティングした細線、あるいは、表面にチタン層を有する金属の最表面層を酸化させた細線等を使用することができる。金属細線１１０ａ、１１０ｂの線径は１００μｍ程度とし、またチタニアペーストの塗布直後の膜厚は約３０μｍとする。なお、金属細線１１０ａ，１１０ｂの両端部には、チタニアペーストが塗布されないようにする。あるいは、全面塗布後、以後の焼結処理後に除去してもよい。
【００３０】
次に、ペースト材によって異なるが、１００℃〜５００℃で、１時間程度のアニール処理を施し、チタニアペースト材を焼結して多孔質チタニア層１１２ａ、１１２ｂを形成する。これにより、ペーストの溶剤が飛散し、かつチタニアの微粒子がネッキングして、電子の拡散路を形成する。多孔質チタニア層１１２ａ、１１２ｂの膜厚は５〜１５μｍ程度となる。
【００３１】
次に、Ｒｕ金属錯体（代表例：Ｎ７１９）を含んだアルコール溶液中に、この焼成処理を行った基板を半日程度浸漬して、この多孔質構造のＴｉＯ２表面にＲｕ金属錯体色素を吸着させる。そして、図３に示すように、金属細線上に多孔質チタニアを形成した構造物としてのユニットを多数並列に並べる。この時、構造体（アノード電極層）は、上述したように２段に配置する。
【００３２】
ここで、多孔質チタニア層１１２ａと１１２ｂの表面に吸着させる色素は、同じもの（同一波長範囲の光を吸収するもの）を使用することができる。また、異なる周波数の光を吸収できるように、異なる色素を吸着することもできる。例えば、第1アノード電極層（１１２ａ）には短波長の光を吸収する色素を吸着させ、第２アノード電極層（１１２ｂ）には長波長の光を吸収する色素を吸着させる。色素としては、Ｎ３色素、Ｎ７１９色素、ブラックダイ等を使用することができる。例えば、多孔質チタニア層１１２ａには、Ｎ７１９色素を吸着させ、１１２ｂにはブラックダイを吸着させることができる。
【００３３】
このように、光吸収波長の異なった色素を組み合わせることにより、単一の色素に比べて、より広い波長域を吸収する太陽電池を構成することが可能となる。複数種類の色素を混合して同一チタニア層に吸着させた場合、電流リークが発生して光電変換効率が低下する。これに対して、本実施例では、異種の色素同士は分離されている為、このような問題は起こらない。
【００３４】
次に、この２段の集合体（アノード電極層）を、Ｐｔをコートしたカソード電極板１１４（金属板）と、一部にピンホール（図示せず）が形成された透明基板１１６との間に挟みこむ。さらに、その周辺に封止材料１２０（光硬化タイプの液状シール剤（スリーボンド製31X-101））を形成した後、３０００ｍＪ／ｃｍ２程度の紫外線を照射して封止する。
【００３５】
次に、透明基板１１６に形成されたピンホールからヨウ素を含む電解溶液１１８を注入して、両極（アノード、カソード）間の隙間を、この電解溶液１１８にて充填する。その後、ピンホールを塞ぎ、金属細線１１０ａ，１１０ｂにマイナス電極配線を結線し、カソード電極板１１４にはプラス極配線を結線することにより色素太陽電池が構成される。
【００３６】
尚、本実施例で示した透明基板（透光基板）１１６としては、ガラス基板の代わりに、プラスチックフィルム等を用いても構わない。但し、この場合も、電解溶液１１８への対腐食性が必要で、必要に応じて表面への耐腐食材料のコーティング等を行う。
【００３７】
上記のような構造の色素増感太陽電池１００においては、透明基板１１６を透過した光は、第１のアノード電極層を構成する多孔質チタニア膜１１２ａに吸着した色素により吸収され、電子が励起される。第１のアノード電極層で吸収されなかった光は、第２のアノード電極層を構成する多孔質チタニア膜１１２ｂの表面の色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子は、ガラス上の導電性膜を流れて外部負荷を稼動させた後、陽極側に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００３８】
本実施例によれば、アノード側内部抵抗が大幅に低減するという効果がある。従来は、ＦＴＯ、ＩＴＯ等の透明導電性膜をコートしたガラス基板、あるいはＰＥＴフィルム等を用いていたが、本実施例では、金属細線を用いているため、実施例に示した１００μｍ径でも、実用化セル（１０ｃｍ□以上）においては、透明導電膜を用いた場合に比較して、内部抵抗を１桁以上低減できる。この結果、内部抵抗に起因したエネルギー損失が大幅に抑えられ、結果として変換効率の改善が期待できる。さらに、従来技術では大面積セルにて必須であったバスバー電極やフィンガー電極等の金属電極形成も、必ずしも必要でなくなる。この結果、余計な工程も不要で低コスト化でき、さらに開口率が１００％の太陽電池セルを構成できるようになり、色素増感太陽電池の高性能化（高効率化）に寄与する。
【００３９】
また、光透過板（カラス基板、プラスチックフィルム）の導電性機能が不要で、低コスト化されるという効果がある。従来の色素増感太陽電池では、光透過に用いるガラス基板やプラスチックフィルム上に形成される透明導電性膜が高価であった。これに対して、本実施例では、ガラス基板やフィルムに対しては、安価な材料を用いることができ、廃材のプラスチックフィルムやガラスをリサイクルして活用することも可能である。これは、本実施例で示したガラス基板やプラスチックフィルムの役割は、光を透過させることと、電解液を閉じ込めるだけであり、高価な導電性膜形成ガラスやフィルムは不要となるからである。さらに、従来のフィルム型の光透過板では、チタニアペーストをフィルム上にて焼結処理する際に、焼結温度が律速（１５０℃以下）され、ネッキングが限定されることにより、多孔質チタニア自体の内部抵抗が十分下がらない。本実施例では、透明フィルム上へはチタニアを形成しないため、プラスチックの耐熱性は問題にならない。よって、本実施例はガラス型、フィルム型両方の色素増感太陽電池の高性能化と低コスト化に大きく寄与する。
【００４０】
また、チタニア膜等の色素吸着膜が金属細線の表面に形成されるため、単一平面に形成する場合と比較して、チタニア膜の表面積が増大し、変換効率が向上するという効果もある。
【００４１】
更に、本実施例においては、上層のアノード電極を透過した光も下層のアノード電極で効果的に光電変換させることができ、単位面積当りの変換効率が改善できる。通常、光電変換効率を向上させるために多孔質チタニアの光電気変換層を厚膜化するとクラックが発生し易いが、本実施例においては三次元的に実効的な多孔質チタニア膜を積層しているため、クラックの発生を伴うことなく、光電変換効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
図４には、二本重ねたチタンワイヤーをアノード電極とした場合の色素増感太陽電池の特性を示す。図４に示されているように、本実施例による色素増感太陽電池の最大出力は、出力動作電圧が０．４７Ｖ、かつ、出力動作電流が０．４２ｍＡの時に約0.2ｍＷとなる。
【００４３】
図５は、本発明の第２実施例に係る色素増感太陽電池２００の構造を示す断面説明図である。図６は、第２実施例に係る色素増感太陽電池２００のアノード電極の配置を示す説明図である。図７は、第２実施例に係る色素増感太陽電池２００の構造を示す内部平面図である。本実施例は上述した第１実施例の変形例であり、２段に配置されたアノード電極層が上下で平面的にずれている点が異なる。
【００４４】
第２実施例に係る色素増感太陽電池２００は、複数の第１のアノード金属細線２１０ａと、当該第１のアノード電極細線２１０ａの外周に形成された多孔質チタニア膜２１２ａとを含む第１アノード電極層と；複数の第２のアノード金属細線２１０ｂと、当該第２のアノード電極細線群２１０ｂの外周に形成された多孔質チタニア膜２１２ｂとを含む第２アノード電極層と；第２のアノード電極層側（下側）に配置されるカソード電極板２１４と；少なくとも第１及び第２のアノード電極層とカソード電極板２１４との間に充填された電解液（ヨウ素）２１８と；カソード電極板２１４と反対側に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）２１６と；カソード電極板２１４，透明基板２１６と共に電解質を封止する封止材料２２０とを備えている。
【００４５】
図５及び図６に示すように、第１のアノード電極層（２１０ａ，２１２ａ）と、第２のアノード電極層（２１０ｂ，２１２ｂ）とは、光の入射方向又はカソード電極２１４に対する方向に２段に重なった状態で配置されている。なお、第１及び第２のアノード電極層を構成する金属細線の本数は特に限定されない。また、アノード電極層の積層数も２層に限らず、必要に応じて３層以上とすることもできる。ここで、上記第1実施例と異なるのは、2段に配置されたアノード電極層が上下でずれていることである。このように、ずらして配置することにより、第１アノード電極層（上層）の隙間を通過した光を第2アノード電極層で吸収することが可能となる。
【００４６】
第１実施例の場合と同様に、多孔質チタニア層２１２ａ，２１２ｂの表面に吸着させる色素は、同じもの（同一波長範囲の光を吸収するもの）を使用することができる。また、異なる周波数の光を吸収できるように、異なる色素を吸着することもできる。例えば、第1アノード電極層（２１２ａ）には短波長の光を吸収する色素を吸着させ、第２アノード電極層（２１２ｂ）には長波長の光を吸収する色素を吸着させる。
【００４７】
色素としては、Ｎ３色素、Ｎ７１９色素、ブラックダイ等を使用することができる。例えば、多孔質チタニア層１１２ａには、Ｎ７１９色素を吸着させ、１１２ｂにはブラックダイを吸着させることができる。
【００４８】
このように、光吸収波長の異なった色素を組み合わせることにより、単一の色素に比べて、より広い波長域を吸収する太陽電池を構成することが可能となる。複数種類の色素を混合して同一チタニア層に吸着させた場合、電流リークが発生して光電変換効率が低下する。これに対して、本実施例では、異種の色素同士は分離されている為、このような問題は起こらない。
【００４９】
色素増感太陽電池としての製造方法については、上記第１実施例と同様の方法を採用することができ、重複した説明は省略する。また、第１実施例の効果に加え、更なる光電変換効率の向上が期待できる。
【００５０】
図８は、本発明の第３実施例に係る色素増感太陽電池３００の構造を示す断面説明図である。図９は、第３実施例に係る色素増感太陽電池３００のアノード電極の構造を示す平面図である。図１０は、第３実施例に係る色素増感太陽電池３００の構造を示す内部平面図である。
【００５１】
本実施例に係る色素増感太陽電池３００を第1実施例に係る電池１００と比べた場合、光電変換層を有するアノード電極層の構造が異なる。すなわち、第１実施例においては棒状の金属細線の外周表面に多孔質チタニア膜を形成しているのに対し、本実施例においては、金属細線をメッシュ（網目）状に成形している点が異なる。
【００５２】
第３実施例に係る色素増感太陽電池３００は、第１のアノード金属メッシュ３１０ａと、当該第１のアノード金属メッシュ３１０ａ上に形成された多孔質チタニア膜３１２ａとを含む第１アノード電極層（３１０ａ，３１２ａ）と；第２のアノード金属メッシュ３１０ｂと、当該第２のアノード金属メッシュ３１０ｂ上に形成された多孔質チタニア膜３１２ｂとを含む第２アノード電極層（３１０ｂ，３１２ｂ）と；第２のアノード電極層側（下側）に配置されるカソード電極板３１４と；少なくとも第１及び第２のアノード電極層とカソード電極板３１４との間に充填された電解液（ヨウ素）３１８と；カソード電極板３１４と反対側に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）３１６と；カソード電極板３１４，透明基板３１６と共に電解質３１８を封止する封止材料３２０とを備えている。
【００５３】
図８に示すように、第１のアノード電極層（３１０ａ，３１２ａ）と、第２のアノード電極層（３１０ｂ，３１２ｂ）とは、光の入射方向又はカソード電極３１４に対する方向に２段に重なった状態で配置されている。第１及び第２のアノード電極層を構成する金属メッシュの間隔は特に限定されない。また、アノード電極層の積層数も２層に限らず、必要に応じて３層以上とすることもできる。なお、金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂの実際の組み方（編み方）は、図１０に拡大して示すように、縦横方向に交互に織り込まれるようになる。
【００５４】
次に、上記色素増感太陽電池１００の製造方法について説明する。まず、直径５０μｍ程度で配線間のギャップが５０μｍ程度の金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂ上に１０〜３０ｎｍ程度のＴｉＯ２の微粒子を含んだペースト材を塗布する。金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂとしては、タングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコートした細線、あるいは、表面にチタン層を有する金属の最表面層を酸化させた細線等を使用することができる。金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂの外周部には、チタニアペーストが塗布されないようにする。あるいは、全面塗布後、以後の焼結処理後、この外周部のチタニア膜を除去してもよい。
【００５５】
次に、ペースト材によって異なるが、１００℃〜５００℃で、１時間程度のアニール処理を行い、チタニアペースト材を焼結して多孔質チタニア層３１２ａ，３１２ｂを形成する。これにより、ペーストの溶剤であるポリエチレングリコールが飛散し、かつチタニアの微粒子がネッキングして、電子の拡散路を形成する。多孔質チタニア層３１２ａ，３１２ｂの膜厚は５〜１５μｍ程度となる。なお、これらの塗布＋焼成処理を複数回行ってもよい。多孔質チタニア層３１２ａ，３１２ｂの膜厚がメッシュギャップに比べて厚い場合には、これらのギャップはチタニアによって完全に埋め込まれるが、多孔質チタニア層３１２ａ，３１２ｂの膜厚が薄い場合は、ギャップ部に微細な空孔が形成される。本実施例では、完全に埋め込まれても、空孔が発生してもよい。
【００５６】
次に、Ｒｕ金属錯体（代表例：Ｎ７１９）を含んだアルコール溶液中に、この焼成処理を行った基板を半日程度浸漬して、この多孔質構造のＴｉＯ２表面にＲｕ金属錯体色素を吸着させる。
【００５７】
多孔質チタニア層３１２ａ，３１２ｂの表面に吸着させる色素は、同じもの（同一波長範囲の光を吸収するもの）を使用することができる。また、異なる周波数の光を吸収できるように、異なる色素を吸着することもできる。例えば、第1アノード電極層（３１２ａ）には短波長の光を吸収する色素を吸着させ、第２アノード電極層（３１２ｂ）には長波長の光を吸収する色素を吸着させる。色素としては、Ｎ３色素、Ｎ７１９色素、ブラックダイ等を使用することができる。例えば、多孔質チタニア層３１２ａには、Ｎ７１９色素を吸着させ、３１２ｂにはブラックダイを吸着させることができる。
【００５８】
このように、光吸収波長の異なった色素を組み合わせることにより、単一の色素に比べて、より広い波長域を吸収する太陽電池を構成することが可能となる。複数種類の色素を混合して同一チタニア層に吸着させた場合、電流リークが発生して光電変換効率が低下する。これに対して、本実施例では、異種の色素同士は分離されている為、このような問題は起こらない。
【００５９】
次に、第１及び第２のアノード電極層を、Ｐｔでコートされたカソード金属板３１４とピンホールが形成された透明基板３１６との間に挟みこむ。さらに、その周辺に光硬化タイプの液状シール剤（スリーボンド製31X-101）３２０を形成した後、３０００ｍＪ／ｃｍ２程度の紫外線を照射して封止する。封止材として三井ディポン製のハフミランフィルムを金属プレート上に配置し、その上に金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂを載せ、更にその上部に同じフィルムを配置し、１２０℃程度で溶融させてもよい。
【００６０】
次に、透明基板３１６に形成されたピンホールからヨウ素を含む電解溶液３１８を注入して、両極間の隙間を電解溶液３１８にて充填させた後、ピンホールを塞ぐ。その後、金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂにマイナス電極配線を結線し、カソード電極板３１４にはプラス極配線を結線することにより色素太陽電池が構成される。
【００６１】
透明基板３１６としては、ガラス基板の他にプラスチックフィルム等を用いても構わない。但し、この場合には、電解溶液への対腐食性が必要であり、必要に応じて表面への耐腐食材料のコーティング等を行う。
【００６２】
上記のような構造の色素増感太陽電池３００においては、透明基板３１６を透過した光は、第１のアノード電極層を構成する多孔質チタニア膜３１２ａに吸着した色素により吸収され、電子が励起される。第１のアノード電極層で吸収されなかった光は、第２のアノード電極層を構成する多孔質チタニア膜３１２ｂの表面の色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子は、ガラス上の導電性膜を流れて外部負荷を稼動させた後、陽極側に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００６３】
本実施例によれば、アノード電極層に金属メッシュ３１０ａ，３１０ｂを使用しているため、上述した第１実施例の効果の他に、チタニア膜等の色素吸着膜の表面積が更に増大し、変換効率が向上するという効果がある。
【００６４】
図１１は、本発明の第４実施例に係る色素増感太陽電池４００の構造を示す断面説明図である。図１２は、第４実施例に係る色素増感太陽電池４００の構造を示す内部平面図である。本実施例は上述した第３実施例の変形例であり、２段に配置されたアノード電極層が上下で平面的にずれている点が異なる。
【００６５】
第４実施例に係る色素増感太陽電池４００は、第１のアノード金属メッシュ４１０ａと、当該第１のアノード金属メッシュ４１０ａ上に形成された多孔質チタニア膜４１２ａとを含む第１アノード電極層（４１０ａ，４１２ａ）と；第２のアノード金属メッシュ４１０ｂと、当該第２のアノード金属メッシュ４１０ｂ上に形成された多孔質チタニア膜４１２ｂとを含む第２アノード電極層（４１０ｂ，４１２ｂ）と；第２のアノード電極層側（下側）に配置されるカソード電極板４１４と；少なくとも第１及び第２のアノード電極層とカソード電極板３１４との間に充填された電解液（ヨウ素）４１８と；カソード電極板４１４と反対側に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）４１６と；カソード電極板４１４，透明基板４１６と共に電解質４１８を封止する封止材料４２０とを備えている。
【００６６】
なお、基本的な構造、製造方法、使用する色素の選択などについては、上述した第３実施例と同様であり、重複した説明は省略する。また、金属メッシュ４１０ａ，４１０ｂの実際の組み方（編み方）は、第３実施例の場合と同様に、図１０に拡大して示すように、縦横方向に交互に織り込まれるようになる。
【００６７】
本実施例においては、第１のアノード電極層を構成する金属メッシュ４１０ａと、第２のアノード電極層を構成する金属メッシュ４１０ｂとが、光の入射方向又はカソード電極４１４に対する方向に２段に重なった状態で配置されている。そして、２段に配置されたアノード電極層が上下でずれている。このように、ずらして配置することにより、第１アノード電極層（上層）の隙間を通過した光を第２アノード電極層で吸収することが可能となる。なお、２枚の金属メッシュのずらす方向は、縦又は横方向、あるいは対角線方向とすることができる。
【００６８】
図１３は、本発明の第５実施例に係る色素増感太陽電池５００の構造を示す断面説明図である。図１４は、第５実施例に係る色素増感太陽電池５００の構造を示す内部平面図である。図１５は、第５実施例に係る色素増感太陽電池５００のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。
【００６９】
第５実施例に係る色素増感太陽電池５００は、複数のアノード金属細線５１０と、当該アノード電極細線５１０の外周に形成された多孔質チタニア膜５１２とを含むアノード電極層（５１０，５１２）と；アノード電極層と対向して配置されるカソード電極用の複数の金属細線５１４と；少なくともアノード電極層とカソード電極との間に充填された電解液（ヨウ素）５１８と；アノード電極側（上側）とカソード電極側（下側）に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）５１６ａ，５１６ｂと；透明基板５１６ａ，５１６ｂと共に電解質５１８を封止する封止材料５２０とを備えている。
【００７０】
本実施例では、カソード電極（５１４）として、Ｐｔ等のレドックスメディエータへの還元反応が発生する触媒材料を表面に形成した金属細線５１４を用い、これを並べた構造としている。そして、アノード側電極細線５１０と、カソード側金属細線５１４とを平行な状態で平面状に敷き詰めている。図１４及び図１５に示すように、アノード側電極（５１０＋５１２）は平面を隙間なく埋め尽くしているのに対し、カソード細線５１４は、スペースを空けて配置してもよい。金属細線５１４としては、白金によって覆われた銅線を使用することができる。
【００７１】
図１５（Ａ）に示すように、アノード電極用金属細線５１０とカソード電極用金属細線５１４とは、平面的にずらして交互に配置することができる。あるいは、図１５（Ｂ）に示すように、アノード電極用金属細線５１０とカソード電極用金属細線５１４とを、上下に重ねて配置することもできる。
【００７２】
アノード電極用金属細線５１０としては、直径５０μｍ程度のタングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコーティングした細線、あるいは、表面にチタン層を有する金属の最表面層を酸化させた細線等を使用することができる。多孔質チタニア層５１２の膜厚は１０〜１５μｍ程度とすることができる。なお、色素増感太陽電池としての全体の製造方法については、上記第1実施例と同様の方法を採用することができ、重複した説明は省略する。
【００７３】
上記のような構造の色素増感太陽電池５００においては、透明基板５１６ａ、５１６ｂを透過した光は、アノード電極を構成する多孔質チタニア膜５１２に吸着した色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子はアノード電極用金属細線５１０を流れて外部負荷を稼動させた後、カソード電極用金属細線（対極）５１４に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００７４】
本発明においては、上下両側に透明基板５１６ａ，５１６ｂが配置されているため、広い範囲からの光を取り入れることができ、光電変換効率が向上するメリットがある。また、全体として透明性を確保し易いため、建物の窓部への適用等も可能となる。また、両面の透明基板５１６ａ，５１６ｂをフレキシブルなプラスチックフィルムで構成することが可能であり、軽量で薄型のフィルム型太陽電池の構成も容易となる。
【００７５】
図１６は、本発明の第６実施例に係る色素増感太陽電池６００の構造を示す断面説明図である。図１７は、第６実施例に係る色素増感太陽電池６００の構造を示す内部平面図である。図１８は、第６実施例に係る色素増感太陽電池６００のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。なお、本実施例は第５実施例の変形例であり、第５実施例と異なる点は、２段のアノード電極層（６１０ａ，６１０ｂ）の間にカソード電極層（６１４）が配置されている点にある。
【００７６】
第６実施例に係る色素増感太陽電池６００は、複数の第１アノード金属細線６１０ａと、当該第１のアノード電極細線６１０ａの外周に形成された多孔質チタニア膜６１２ａとを含む第１アノード電極層（６１０ａ，６１２ａ）と；複数の第２のアノード金属細線６１０ｂと、当該第２のアノード電極細線群６１０ｂの外周に形成された多孔質チタニア膜６１２ｂとを含む第２アノード電極層（６１０ｂ，６１２ｂ）と；第１アノード電極層（６１０ａ）と第２アノード電極層（６１０ｂ）との間に配置されるカソード電極用の複数の金属細線６１４と；少なくともアノード電極層とカソード電極との間に充填された電解液（ヨウ素）６１８と；アノード電極側（上側）とカソード電極側（下側）に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）６１６ａ，６１６ｂと；透明基板６１６ａ，６１６ｂと共に電解質６１８を封止する封止材料６２０とを備えている。
【００７７】
本実施例では、カソード電極（６１４）として、Ｐｔ等のレドックスメディエータへの還元反応が発生する触媒材料を表面に形成した金属細線６１４を用い、これを平行に並べた構造としている。そして、アノード側電極細線６１０ａ、６１０ｂと、カソード側金属細線６１４とを平行な状態で平面状に敷き詰めている。図１８に示すように、カソード金属細線６１４は、隣り合う２本のアノード側電極細線６１０ａ（６１０ｂ）の間に挟まるように配置することができる。金属細線６１４としては、白金によって覆われた銅線を使用することができる。
【００７８】
アノード電極用金属細線６１０ａ、６１０ｂとしては、直径１００μｍ程度のタングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコーティングした細線、あるいは、表面にチタン層を有する金属の最表面層を酸化させた細線等を使用することができる。金属細線６１０ａ、６１０ｂの線径は１００μｍ程度とする。多孔質チタニア層６１２ａ，６１２ｂの膜厚は５〜１５μｍ程度とすることができる。なお、色素増感太陽電池としての全体の製造方法については、上記第1実施例と同様の方法を採用することができ、重複した説明は省略する。
【００７９】
上記のような構造の色素増感太陽電池６００においては、透明基板６１６ａ、６１６ｂを透過した光は、アノード電極を構成する多孔質チタニア膜６１２ａ，６１２ｂに吸着した色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子はアノード電極用金属細線６１０ａ、６１０ｂを流れて外部負荷を稼動させた後、カソード側金属細線６１４に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００８０】
本発明においては、上下両側に透明基板６１６ａ，６１６ｂが配置されているため、広い範囲からの光を取り入れることができ、変換効率が向上するメリットがある。また、全体として透明性を確保し易いため、建物の窓部への適用等も可能となる。また、両面の透明基板６１６ａ，６１６ｂをフレキシブルなプラスチックフィルムで構成することが可能であり、軽量で薄型のフィルム型太陽電池の構成も容易となる。加えて、上述した第５実施例に比べた場合、２重のアノード電極層を採用することにより、更に変換効率が向上するという効果がある。
【００８１】
図１９は、本発明の第７実施例に係る色素増感太陽電池７００の構造を示す断面説明図である。図２０は、第７実施例に係る色素増感太陽電池７００の構造を示す内部平面図である。図２１は、第７実施例に係る色素増感太陽電池７００のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。なお、本実施例は上述した第５実施例の変形例であり、第５実施例と異なる点は、アノード電極層（７１０）とカソード電極層（７１４）の配置にある。すなわち、本実施例においては、アノード電極側金属細線７１０とカソード電極側金属細線７１４とが平面的に直交するように配置される。
【００８２】
第７実施例に係る色素増感太陽電池７００は、複数のアノード金属細線７１０と、当該アノード電極細線７１０の外周に形成された多孔質チタニア膜７１２とを含むアノード電極層（７１０，７１２）と；アノード電極層と対向して配置されるカソード電極用の複数の金属細線７１４と；少なくともアノード電極層とカソード電極との間に充填された電解液（ヨウ素）７１８と；アノード電極側（上側）とカソード電極側（下側）に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）７１６ａ，７１６ｂと；透明基板７１６ａ，７１６ｂと共に電解質７１８を封止する封止材料７２０とを備えている。
【００８３】
本実施例では、カソード電極（７１４）として、Ｐｔ等のレドックスメディエータへの還元反応が発生する触媒材料を表面に形成した金属細線７１４を用い、これを並べた構造としている。そして、図２０に示すように、アノード側電極細線７１０と、カソード側金属細線７１４とを直交するように平面状に敷き詰めている。金属細線７１４としては、白金によって覆われた銅線を使用することができる。
【００８４】
図２１（Ａ）に示すように、アノード電極用金属細線７１０とカソード電極用金属細線７１４とは、直交するように配置することができる。あるいは、図２１（Ｂ）に示すように、２段のアノード電極用金属細線７１０ａ、７１０ｂとの間に直交するカソード電極用金属細線７１４を挟むように配置する構造とすることもできる。
【００８５】
アノード電極用金属細線７１０としては、直径５０μｍ程度のタングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコーティングした細線、あるいは金属表面にチタンをコーティングして表面を酸化させた細線等を使用することができる。多孔質チタニア層７１３の膜厚は５〜１５μｍ程度とすることができる。なお、色素増感太陽電池としての全体の製造方法については、上記第1実施例と同様の方法を採用することができ、重複した説明は省略する。
【００８６】
上記のような構造の色素増感太陽電池７００においては、透明基板７１６ａ、７１６ｂを透過した光は、アノード電極を構成する多孔質チタニア膜７１２に吸着した色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子は、アノード電極用金属細線７１０を流れて外部負荷を稼動させた後、カソード電極用金属細線７１４に到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【００８７】
本発明においては、上下両側に透明基板７１６ａ，７１６ｂが配置されているため、広い範囲からの光を取り入れることができ、変換効率が向上するメリットがある。また、全体として透明性を確保し易いため、建物の窓部への適用等も可能となる。また、両面の透明基板７１６ａ，７１６ｂをフレキシブルなプラスチックフィルムで構成することが可能であり、軽量で薄型のフィルム型太陽電池の構成も容易となる。更に、セル外部へのアノード電極とカソード電極を、異なった方向（四角の異なる辺）から取り出すことができ、設計上の自由度が増すというメリットがある。
【００８８】
図２２は、本発明の第８実施例に係る色素増感太陽電池８００の構造を示す断面説明図である。図２３は、第８実施例に係る色素増感太陽電池８００のアノード電極の構造を示す平面図である。図２４は、第８実施例に係る色素増感太陽電池８００のカソード電極の構造を示す平面図である。本実施例は、上述した第３実施例及び第６実施例の技術的思想を結合させることによって構成される。すなわち、アノード電極に加えてカソード電極としても金属メッシュを採用するとともに、カソード電極を電解質内に配置し、表裏両面から入射する光を吸収して光電変換する構成となっている。
【００８９】
第８実施例に係る色素増感太陽電池８００は、第１アノード金属メッシュ８１０ａと、当該第１アノード金属メッシュ８１０ａ表面に形成された多孔質チタニア膜８１２ａとを含む第１アノード電極層（８１０ａ，８１０ｂ）と；第２アノード金属メッシュ８１０ｂと、当該第２アノード金属メッシュ８１０ｂ表面に形成された多孔質チタニア膜８１２ｂとを含む第２アノード電極層（８１０ｂ，８１２ｂ）と；第１アノード電極層（８１０ａ，８１２ａ）と第２アノード電極層（８１０ｂ，８１２ｂ）との間に配置される第１カソード金属メッシュ８１４ａ；第２アノード電極層（８１０ｂ，８１２ｂ）の下方に配置される第２カソード金属メッシュ８１４ｂと；少なくともアノード電極層とカソード電極との間に充填された電解液（ヨウ素）８１８と；第１アノード電極側（上側）と第２カソード電極側（下側）に配置される透明基板（硝子又はプラスチック）８１６ａ，８１６ｂと；透明基板８１６ａ，８１６ｂと共に電解質８１８を封止する封止材料８２０とを備えている。
【００９０】
本実施例では、カソード電極（８１４ａ，８１４ｂ）として、Ｐｔ等のレドックスメディエータへの還元反応が発生する触媒材料を表面に形成した金属メッシュを用いる。そして、アノード側電極メッシュ８１０ａ，８１０ｂと、カソード側金属メッシュ８１４ａ，８１４ｂとを平行な状態で交互に重ね合わせている。金属細線８１４ａ，８１４ｂとしては、白金によって覆われた銅線を使用することができる。
【００９１】
次に、上記色素増感太陽電池８００の製造方法について説明する。まず、直径５０μｍ程度で配線間のギャップが５０μｍ程度の金属メッシュ８１０ａ，８１０ｂ上に１０〜３０ｎｍ程度のＴｉＯ２の微粒子を含んだペースト材を塗布する。金属メッシュ８１０ａ，８１０ｂとしては、タングステン細線、ステンレスにＦＴＯをコートした細線、あるいは、表面にチタン層を有する金属の最表面層を酸化させた細線等を使用することができる。金属メッシュ８１０ａ，８１０ｂの外周部には、チタニアペーストが塗布されないようにする。あるいは、全面塗布後、以後の焼結処理後、この外周部のチタニア膜を除去してもよい。
【００９２】
次に、ペースト材によって異なるが、１００℃〜５００℃、１時間程度のアニール処理を行い、チタニアペースト材を焼結して多孔質チタニア層８１２ａ、８１２ｂを形成する。これにより、ペーストの溶剤であるポリエチレングリコールが飛散し、かつチタニアの微粒子がネッキングして、電子の拡散路を形成する。多孔質チタニア層８１２ａ，８１２ｂの膜厚は５〜１５μｍ程度となる。なお、これらの塗布＋焼成処理を複数回行ってもよい。また、本実施例では、メッシュギャップ部に微細な空孔が形成される場合を示している。
【００９３】
次に、Ｒｕ金属錯体（代表例：Ｎ７１９）を含んだアルコール溶液中に、この焼成処理を行った基板を半日程度浸漬して、この多孔質構造のＴｉＯ２表面にＲｕ金属錯体色素を吸着させる。
【００９４】
多孔質チタニア層８１２ａ，８１２ｂの表面に吸着させる色素は、同じもの（同一波長範囲の光を吸収するもの）を使用することができる。また、異なる周波数の光を吸収できるように、異なる色素を吸着することもできる。例えば、第1アノード電極層（８１２ａ）には短波長の光を吸収する色素を吸着させ、第２アノード電極層（８１２ｂ）には長波長の光を吸収する色素を吸着させる。色素としては、Ｎ３色素、Ｎ７１９色素、ブラックダイ等を使用することができる。例えば、多孔質チタニア層８１２ａには、Ｎ７１９色素を吸着させ、８１２ｂにはブラックダイを吸着させることができる。
【００９５】
このように、光吸収波長の異なった色素を組み合わせることにより、単一の色素に比べて、より広い波長域を吸収する太陽電池を構成することが可能となる。複数種類の色素を同一チタニア層に吸着させた場合、電流リークが発生して変換効率が低下することになる。これは、異なった色素が隣接することに起因して、すると推定されている。これに対して、本実施例では、異種の色素同士は分離されている為、このような問題は起こらない。
【００９６】
次に、第１、第２のアノード電極層（８１０ａ，８１０ｂ）及び、第１、第２のカソード電極層８１４ａ，８１４ｂを、２枚の透明基板８１６ａ，８１６ｂの間に挟みこむ。さらに、その周辺に光硬化タイプの液状シール剤（スリーボンド製31X-101）８２０を形成した後、３０００ｍＪ／ｃｍ２程度の紫外線を照射して封止する。
【００９７】
次に、透明基板８１６ａ，８１６ｂの一部にピンホールを形成させた後、そこからヨウ素を含む電解溶液８１８を注入して、両極間の隙間を電解溶液８１８にて充填させた後、ピンホールを塞ぐ。その後、金属メッシュ８１０ａ，８１０ｂにマイナス電極配線を結線し、カソード金属メッシュ８１４ａ，８１４ｂにはプラス極配線を結線することにより色素太陽電池が構成される。
【００９８】
透明基板８１６ａ，８１６ｂとしては、ガラス基板の他にプラスチックフィルム等を用いても構わない。但し、この場合には、電解溶液への対腐食性が必要であり、必要に応じて表面への耐腐食材料のコーティング等を行う。
【００９９】
上記のような構造の色素増感太陽電池８００においては、透明基板８１６ａ、８１６ｂを透過した光は、アノード電極を構成する多孔質チタニア膜８１２ａ，８１２ｂに吸着した色素により吸収され、電子が励起される。色素の励起順位に対して、チタニアの伝導帯は０．２ｅＶ程度のエネルギー順位が低い為、この励起した電子は、チタニア側へ流れて行く。さらに、この電子は、アノード電極側電極メッシュ８１０ａ、８１０ｂを流れて外部負荷を稼動させた後、カソード側金属メッシュ８１４ａ、８１４ｂに到達する。その後、この電子は電解溶液中へヨウ素イオンとの還元反応にて引き渡され、このヨウ素は拡散して励起した色素へ電子を引き渡す酸化反応が起こる。以上のサイクルが繰り返されることにより、定常的な光照射に伴う、光起電力が発生する。
【０１００】
本発明においては、上述した第６実施例と同様に、上下両側に透明基板８１６ａ，８１６ｂが配置されているため、広い範囲からの光を取り入れることができ、変換効率が向上するメリットがある。また、全体として透明性を確保し易いため、建物の窓部への適用等も可能となる。また、両面の透明基板８１６ａ，８１６ｂをフレキシブルなプラスチックフィルムで構成することが可能であり、軽量で薄型のフィルム型太陽電池の構成も容易となる。
【０１０１】
加えて、アノード電極及びカソード電極の双方にメッシュ形状を採用することにより、チタニア膜等の色素吸着膜の表面積が増大する他、両極間の距離が短くなるため、光電変換効率の更なる向上が期待できる。
【０１０２】
なお、金属メッシュ８１０ａ，８１０ｂの実際の組み方（編み方）は、図１０に拡大して示すように、縦横方向に交互に織り込まれるようになる。
【０１０３】
上記各実施例に使用されるアノード電極用金属細線、金属メッシュについては、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等のような耐腐食性の高い材料の少なくともいずれか一つを含んだ構造とすることができる。耐腐食性を高めるため、アノード電極用金属細線や金属メッシュの表面へ緻密な酸化チタン（ＴｉＯ２）層を形成してもよい。また、アルミニウム（Ａｌ）を採用する場合は、Ａｌが電解液（ヨウ素）によって腐食してしまうことを防止するために、Ａｌ補助電極の表面をタングステン、チタン、ニッケルによって被覆する。Ａｌは抵抗率が低いために、単位面積当たりの光電変換効率の一層の改善が期待できる。
【０１０４】
アノード電極にアルミニウム製メッシュを採用する場合、図２５に示すように、縦横に交差して配置した（＝メッシュ状に配置した）複数のＡｌ金属細線を溶融することによって、金属メッシュ体を一体化して形成することが可能となる。
【０１０５】
他方、カソード金属細線群やカソード金属メッシュ体の材料としては、例えば、Ｃｕ，ＳＵＳ，Ｗ，Ａｌ等を採用し、これらを、触媒能を有する白金（Ｐｔ）やカーボン（Ｃ）によって覆う。なお、白金（Ｐｔ）によって覆う場合は、まず、カソード金属細線群やカソード金属メッシュ体に金（Ａｕ）をメッキし、その後、金メッキされたカソード金属細線群やカソード金属メッシュ体を白金（Ｐｔ）によって被覆する。触媒能（ヨウ素イオンを還元させる働き）を有する材料としては、塩化白金酸やＰＥＤＯＴ（導電性高分子のポリエチレン ディオキシジオフェン＝Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図２】図２は、第１実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極の配置を示す説明図である。
【図３】図３は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図４】図４は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の特性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の第２実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図６】図６は、第２実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極の配置を示す説明図である。
【図７】図７は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図９】図９は、第３実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極の構造を示す平面図である。
【図１０】図１０は、第３実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図１２】図１２は、第４実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図１４】図１４は、第５実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図１５】図１５は、第５実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図１７】図１７は、第６実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図１８】図１８は、第６実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。
【図１９】図１９は、本発明の第７実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図２０】図２０は、第７実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す内部平面図である。
【図２１】図２１は、第７実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極及びカソード電極の配置を示す説明図である。
【図２２】図２２は、本発明の第８実施例に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面説明図である。
【図２３】図２３は、第８実施例に係る色素増感太陽電池のアノード電極の構造を示す平面図である。
【図２４】図２４は、第８実施例に係る色素増感太陽電池のカソード電極の構造を示す平面図である。
【図２５】図２５は、本発明に係る色素増感太陽電池のメッシュ状電極の他の構造例を示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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